研究報告

混和材を用いたコンクリートの
クリープ・収縮に関する実験的研究
中村英佑＊1・石井豪＊2・鈴木雅博＊3・渡辺

博志＊4（独）土木研究所と（一社）プレストレスト・コンクリート建設業協会は，高炉スラグ微粉末あるいはフライアッシュを用いたプレストレストコンクリート構造物の設計・施工方法を提案することを目的として共同研究「低炭素型セメント結合材の利用技術に関する研究」を設置し，この一環として早強ポルトランドセメントの一部を各混和材で置換したコンクリートのクリ
ープ・収縮特性を明らかにするための実験を行っている。実験の結果，混和材を用いた供試体のクリープ係数は早強ポルトラ
ンドセメント単味の供試体と同程度かこれよりも小さくなる傾向にあることが分かった。また，乾燥収縮に起因するひずみは混和材を用いた供試体で小さくなったが，自己収縮に起因するひずみは高炉スラグ微粉末を用いた供試体で大きく，打込み後の水和発熱によるコンクリートの温度履歴の影響を受けやすいことなどが明らかとなった。
キーワード：環境負荷低減，高炉スラグ微粉末，フライアッシュ，クリープ，収縮
本稿では，早強ポルトランドセメントの一部を混和材で1．は じ め に置換したコンクリートのクリープ・収縮特性に関する検討

近年，環境負荷低減や耐久性向上の観点から，高炉スラ結果を報告する。具体的には，材齢 3，7，28，365 日でコ

グ微粉末やフライアッシュなどの混和材を用いたコンクリ

ンクリート供試体に圧縮力を負荷して実施しているクリーートの普及に向けた検討が活発に行われている 1 ）。（独）プ試験の結果をもとに，混和材を用いたコンクリートのク

土木研究所と（一社）プレストレスト・コンクリート建設

リープ特性について述べる。また，混和材を用いたコンク

業協会でも共同研究「低炭素型セメント結合材の利用技術

リートの収縮特性を検討するため，自己収縮および乾燥収に関する研究（平成 23 ～ 27 年度）」を設置し，混和材を縮に起因するひずみの挙動を把握するために行った実験と用いたプレストレストコンクリート構造物の設計・施工方

打込み後の水和発熱によるコンクリートの温度履歴が自己法を提案することを目的としてさまざまな検討を行ってい収縮ひずみに与える影響を明らかにするために行った実験る 。

の結果を報告する。

2）

混和材を用いたコンクリートをプレストレストコンクリ

2．実験の概要

ート構造物で積極利用していくためには，そのクリープ・収縮特性を適切に把握しておくことがきわめて重要であ

2.1る。たとえば，コンクリートの乾燥収縮度とクリープ係数

コンクリート配合を表 - 1 に示す。セメントには早強コンクリート配合

はプレストレスの減少量を算定する際に不可欠な設計用値

ポルトランドセメント（HPC）を用いた。配合は，早強ポであり，使用するコンクリートの品質に応じて適切な数値

ルトランドセメント単味の配合（H40）と，3 種類の混和を採用する必要がある。また，乾燥収縮あるいは自己収縮材を用いた配合の計 4 種類とした。混和材を用いた配合でに起因するひずみについては，初期ひび割れ防止の観点かは，早強ポルトランドセメントの質量に対して，高炉スラら，その特性を十分に把握したうえで必要に応じて対策を

グ微粉末 4 000（BS4）が 30 ％（H35B430），高炉スラグ

講じることが望まれる。このため，早強ポルトランドセメ

微粉末 6 000（BS6）が 50 ％（H35B650），フライアッシ

ントの一部を混和材で置換したコンクリートのクリープ・

ュⅡ種（FA）が 20 ％（H35F20）の分量となるように各混収縮に着目した実験的検討が各方面で行われているたとえば

和材を置換した。水結合材比（W/B）は，早強ポルトラン

3，4 ）。本共同研究では，現場打ちのプレストレストコンク

ドセメント単味の配合で 40 ％，高炉スラグ微粉末あるいリート構造物に混和材を用いたコンクリートを適用するこはフライアッシュを用いた配合で 35 ％とした。これらのとを念頭に，早強ポルトランドセメントの一部を高炉スラ

値は，一般的な現場打ちのプレストレストコンクリート構

グ微粉末あるいはフライアッシュで置換したコンクリート

造物での湿潤養生日数やプレストレス力の導入材齢を踏まのクリープ・収縮特性を明らかにするための実験を行ってえて，材齢 3 日まで養生マットを用いて湿潤養生を行った

いる 5 ）。

直後に 30 N/mm2 以上の圧縮強度を確保でき，さらには配Eisuke NAKAMURA：（独）土木研究所
Tsuyoshi ISHII：（一社）プレストレスト・コンクリート建設業協会＊3
Masahiro SUZUKI：（一社）プレストレスト・コンクリート建設業協会＊4
Hiroshi WATANABE：（独）土木研究所
＊1
＊2

54

プレストレストコンクリート

研究報告
コンクリート配合

PC 鋼棒長さ

1 300

150

1 002
150

単位量（kg/m3）
W/B
B＝HPC＋BS4＋BS6＋FA
No.
（％） W
S
G
HPC
BS4
BS6
FA
413
H40
40
－
－
－
758
（100 ％）
330
141
H35B430－－700（70 ％）（30 ％）
165
968
236
236
H35B650 35－－695（50 ％）（50 ％）
377
94
H35F20－－682（80 ％）（20 ％）

150

表- 1

PC 鋼棒
埋込型ひずみ計

埋込型ひずみ計
不陸補正用シート⒜ 供試体形状※（ ）内の％値は各結合材の占める分量の割合を表示※ HPC： 早 強 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト（ 密 度 ＝ 3.14 g/cm3， 比 表 面 積 ＝4 570 cm2/g，4 580cm2/g），BS4： 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 4 000（ 密 度 ＝2.89 g/cm3，比表面積＝ 4 460 cm2/g，4 410 cm2/g），BS6：高炉スラグ微粉末 6 000（密度＝ 2.91g/cm3，比表面積＝ 6 020 cm2/g，6 170 cm2/g），
FA：フライアッシュ II 種（密度＝ 2.30 g/cm3，2.08 g/cm3，比表面積＝4 280cm2/g，3 810cm2/g），密度と比表面積の値が 1 種類の場合は全試験で同一の値の材料を使用，2 種類の場合は前者をクリープ試験と収縮試
験 ①，後者を収縮試験 ② で使用※ 細骨材：静岡県掛川産陸砂（密度 2.56 g/cm3，吸水率 2.23 ％）※ 粗骨材：茨城県笠間産砕石 5 号（密度 2.67 g/cm3，吸水率 0.43 ％）と砕
石 6 号（密度 2.67 g/cm3，吸水率 0.46 ％）を均等に混合※ 化学混和剤：高性能 AE 減水剤（ポリカルボン酸エーテル系）と空気連行剤をスランプ 12 ± 2.5 cm，空気量 4.5 ± 1.5 ％となるように使用量
を調整

（mm）

⒝ 試験状況

図- 1

クリープ試験の概要

円柱供試体の圧縮強度試験は，クリープ試験で角柱供試
体に圧縮力を負荷した材齢 3，7，28，365 日に加えて，圧合間の W/B の差が過大とならないように，圧縮強度の発

縮強度の発現を確認するために材齢 91，182 日でも行った。

現を事前に確認して決定した。また，混和材の使用がコン

圧縮強度の測定は JIS A 1108，静弾性係数の測定は JIS A

クリートのクリープ・収縮特性に与える影響を検討するこ

1149 に準拠した。

とを目的としたため，全配合で単位水量（165 kg/m3）とこれらの供試体の養生方法は，材齢 3 日までは 20 ℃の単位粗骨材量（968 kg/m3）を同一とし，スランプ 12 ±室内で養生マットを用いた湿潤養生，その後は温湿度の管2.5 cm と空気量 4.5 ± 1.0 ％の目標値を達成できるように理のされていない実験室内で気中養生とした。なお，本稿

化学混和剤の使用量を調整した。

では材齢 490 日までのクリープ試験の実験結果を記載して

2.2

実験方法

おり，この期間の実験室の温度の平均値は 18.8 ℃，湿度⑴

クリープ試験

の平均値は 53.5 ％であった。
⑵

クリープ試験は，JIS A 1157 を参考として行った。今回収縮試験 ① ：乾燥収縮ひずみと自己収縮ひずみの実験では，断面中央にφ48 mm の円形孔を有する角柱収縮試験 ① では，混和材を用いたコンクリートの乾燥供試体（150 × 150 × 500 mm）2 体を貫通して連結した収縮ひずみと自己収縮ひずみの特性を把握することを目的

PC 鋼棒を緊張し，所定の圧縮応力度を供試体に負荷したとして，水中養生の終了直後から 2 種類の養生を行った角（図 - 1）。連結した 2 体の供試体は同一配合のものとし，柱供試体（100 × 100 × 400 mm）のひずみを測定した。

各供試体の内部に設置した埋込型ひずみ計で測定したコン

今回の実験では，一般的な乾燥収縮ひずみ測定用の供試体

クリートひずみの平均値を用いて検討を行った。また，と同様に水中養生期間を材齢 7 日までとし，水中養生の終PC 鋼棒を定期的に再緊張することにより，PC 鋼棒の緊張了直後から温度 20 ℃，湿度 60 ％の恒温恒湿槽内で乾燥さ力を目標値の± 3 ％の範囲内で管理し，供試体に負荷されせた供試体の収縮ひずみ（LCD）と，水中養生の終了直後

た圧縮応力度がおおむね一定となるようにした。圧縮応力にアルミテープで封緘して上記と同じ恒温恒湿槽に保管し度は，同時に製作した円柱供試体（φ100 × 200 mm）のた供試体の自己収縮ひずみ（LCS）を測定した。前者の収圧縮強度に基づき，材齢 3 日に載荷を開始する供試体で圧縮ひずみ（LCD）は乾燥収縮と自己収縮の両方に起因する縮強度の 20 ％，材齢 7，28，365 日に載荷を開始する供試

全ひずみであるが，後者の自己収縮ひずみ（LCS）は自己体で圧縮強度の 30 ％とした。材齢 7，28，365 日から載荷収縮のみに起因するひずみと考えることができる。本稿でを開始した供試体では圧縮強度に対して JIS A 1157 と同程は，収縮ひずみ（LCD）から自己収縮ひずみ（LCS）を差

度の比率の圧縮応力度を負荷したが，材齢 3 日から載荷をし引いた「ひずみ差（LCD － LCS）」を乾燥収縮のみに起開始した供試体では初期材齢での載荷により供試体に損傷因するひずみと定義し，乾燥収縮あるいは自己収縮ひずみが生じることを避けるため，これよりも小さい比率の圧縮に起因するひずみの挙動を把握した。収縮ひずみ（LCD）

応力度を負荷した。なお，圧縮力を負荷した供試体のコン

は JIS A 1129 ダイヤルゲージ方法，自己収縮ひずみ（LCS）

クリートひずみの測定値からクリープひずみを抽出するたは供試体の中心部に水平配置した埋込型ひずみ計で測定をめ，これと同一形状の圧縮力を負荷しない供試体も製作し行い，各条件で 2 体ずつの供試体の平均値を用いて検討をて同様の方法でコンクリートひずみを測定した。

行った。なお，各ひずみの測定は，水中養生の終了直後か

Vol.56, No.3, May 2014

55

研究報告
ら開始した。

60

収縮試験 ② ：温度履歴の自己収縮ひずみへの影響
圧縮強度（N/mm2）⑶

文献 6 ）では，高炉セメントを用いたコンクリートの自己収縮ひずみは打込み後の水和発熱によるコンクリートの温度履歴の影響を受けやすいことが報告されている。このため，収縮試験 ② では，各混和材を用いたコンクリートの自己収縮ひずみに打込み後の温度履歴が与える影響を把

50
40
30
H40
H35B430
H35B650
H35F2020

握することを目的として，「（仮称）高流動コンクリートの10

自己収縮試験方法 7 ）」を参考とした小型供試体（100 ×

01

100 × 400 mm）と，発泡スチロール（厚さ 200 mm，発泡10
材齢（days）

倍率 90 倍）で簡易断熱を行うことによりマスコンクリー

100⒜ 圧縮強度の推移

トを模擬したマスブロック供試体（400 × 400 × 400 mm，40
静弾性係数（kN/mm2）

図 - 2）の自己収縮ひずみを測定した。角柱供試体は温度20 ℃の実験室，マスブロック供試体は温湿度の管理のされていない実験室でコンクリート打込み直後から封緘状態にして保管し，各供試体の中心部に水平配置した埋込型ひずみ計で自己収縮ひずみを測定した。なお，ここでは各条
件で 1 体ずつの供試体で測定を行った。
発泡スチロール

30

20
H40
H35B430
H35B650
H35F20

10

0
0

10

400

縁切り用フィルムシート

60⒝ 圧縮強度と静弾性係数の関係

埋込型ひずみ計図- 3

テフロンシート

400

20
30
40
50
圧縮強度（N/mm2）

材齢 3 日まで湿潤養生した供試体の強度試験結果

は，高炉スラグ微粉末を用いた H35B430 と H35B650 の圧
縮強度が材齢 3 日で他の配合より小さくなったが，その後（mm）は同程度か若干大きくなった。また，図 - 3 ⒝ によると，⒜ 供試体形状

円柱供試体の圧縮強度と静弾性係数の関係は，混和材の使用の有無にかかわらず，おおむね同様の関係にあったと考えられる。
次に，打込み翌日に脱型して材齢 28 日まで 20 ℃で水中養生を行った供試体の圧縮強度と静弾性係数を図 - 4 に示す。材齢 28 日まで水中養生を行った供試体の圧縮強度
は，いずれの配合においても図 - 3 ⒜ の材齢 3 日まで湿潤養生を行った供試体の値より大きくなった。また，材齢
28 日まで水中養生を行った供試体では配合間の差が明確⒝ 試験状況

図- 2になり，とくに高炉スラグ微粉末を用いた H35B430 とH35B650 の圧縮強度が大きくなった。

収縮試験 ② の概要

70

クリープ特性⑴

圧縮強度と静弾性係数

圧縮強度試験の結果を図 - 3 に示す。図 - 3 ⒜ によると，圧縮強度は，いずれの配合においても，材齢 3 日で目
標値の 30 N/mm を超えた。その後は，若干のばらつきが
2

50
40
30
20
10
0

あるが，材齢 91 日まで増加し，材齢 182 日から材齢 365
日にかけて若干減少する傾向にあった。圧縮強度が若干減

静弾性係数（kN/mm2）

3.1

圧縮強度（N/mm2）

3．実験結果と考察

4060

H40 H35 H35 H35
B430 B650 F20⒜圧 縮 強 度

少した要因としては，長期材齢では圧縮強度の増加量自体

30
20
10
0

H40 H35 H35 H35
B430 B650 F20⒝ 静弾性係数

図- 4 材 齢 28 日まで水中養生した供試体の強度試が少ないことに加えて，供試体が実験室内で長期にわたっ

験結果て乾燥状態に置かれたことがあげられる。配合間の比較で

56

プレストレストコンクリート

研究報告
⑵

単位応力あたりのクリープひずみ

こでは，式 ⑴ を用いて単位応力あたりのクリープひずみを計算した。クリープひずみεcc は，圧縮力を負荷してい材齢 3，7，28，365 日から載荷を開始した供試体の単位ない供試体のひずみεsh（図 - 6）を収縮に起因するひずみと仮定し，このεsh と載荷時の弾性ひずみεci を圧縮力60

（ 10‑6/N/mm2）

単位応力あたりのクリープひずみ

応力あたりのクリープひずみの推移を図 - 5 に示す。こを負荷した供試体のひずみεから差し引いて求めた。な

材齢 3 日載荷

50

お，材齢 7 日から載荷を開始した H35F20 は，計測器の不40良により試験継続が不能となったため記載していない。

30

⑴

εcc
（t－t0）－｛εsh（t）
－εsh
（t0）｝
－ε（t
（t－t0） εci 0）――――― ＝ ―――――――――――――――――σcσc

ここで，εcc /σc：単位応力あたりのクリープひずみ，εcc：

H40
H35B430
H35B650
H35F20クリープひずみ，σc：圧縮応力度，ε：圧縮力を負荷し50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
載荷開始からの経過日数（days）

ひずみの測定値，t：測定時の材齢，t0：載荷開始時の材齢2010た供試体のひずみの測定値，εsh：圧縮力を負荷していな
い供試体のひずみの測定値（図 - 6），εci：載荷時の弾性

0
0

である。

60

0
←収縮ひずみ（ 10‑6）膨張→

材齢 7 日載荷2（ 10 /N/mm ）50‑6単位応力あたりのクリープひずみ⒜ 材齢 3 日載荷開始

40
30
20

H40
H35B43010

H35B65000

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
載荷開始からの経過日数（days）

‑400
‑500
‑600

（ 10 /N/mm ）2‑6単位応力あたりのクリープひずみ

図- 6

圧縮力を負荷していない供試体のひずみ

材齢 3 日から載荷を開始した供試体の単位応力あたりのとフライアッシュを用いた H35F20 で同程度となり，高炉

30

スラグ微粉末を用いた H35B430 と H35B650 ではこれらよ

H40
H35B430
H35B650
H35F2020

りも小さくなった。図 - 3 ⒜ によると，圧縮強度は材齢3 日の時点では H35B430 と H35B650 で小さくなったが，その後の配合間の差は減少した。H35B430 と H35B650 で0

は H40 や H35F20 よりも材齢 3 日以降の圧縮強度の増加量

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
載荷開始からの経過日数（days）

が大きく，その後の単位応力あたりのクリープひずみの増⒞ 材齢 28 日載荷開始
60

加量が小さくなったと考えられる。
また，材齢 7，28 日から載荷を開始した供試体の単位応

材齢 365 日載荷力あたりのクリープひずみは，早強ポルトランドセメント50（ 10 /N/mm ）50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

クリープひずみは，早強ポルトランドセメント単味の H40

40

10

2

H35F20‑300

材齢 3 日からの経過日数（days）

50‑6

H35B650

0

材齢 28 日載荷

0

単位応力あたりのクリープひずみ

H35B430‑200⒝ 材齢 7 日載荷開始
60

H40

‑100

単味の H40 と比べて混和材を用いた H35B430，H35B650，

40

H35F20 で小さくなった。材齢 7 日以降の圧縮強度は配合間の差が減少したが，混和材を用いた供試体ではその後の

30

強度発現とともに細孔構造が緻密になり単位応力あたりのH40
H35B430
H35B650
H35F2020
10

クリープひずみが小さくなったと推察される。
一方，材齢 365 日から載荷を開始した供試体の単位応力あたりのクリープひずみは，これ以前に載荷を開始した供00

試体よりも大幅に小さく，配合間の差も減少した。材齢

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
載荷開始からの経過日数（days）

28 日までに載荷を開始した供試体の単位応力あたりのク⒟ 材齢 365 日載荷開始

図- 5

リープひずみは，載荷開始からの経過日数がおおむね 100

単位応力あたりのクリープひずみVol.56, No.3, May 2014

日前後までの期間に配合間の差が生じ，その後はこの差を

57

研究報告
保った状態で徐々に増加した。また，図 - 3 ⒜ によると，ープ係数において確認することができる。

材齢 365 日の圧縮強度は配合によらずおおむね同程度であ次に，配合ごとに載荷開始材齢の影響を比較すると，材った。材齢 365 日のような比較的長期の材齢で載荷を開始

齢 28 日までに載荷を開始した供試体のクリープ係数は，した供試体では，単位応力あたりのクリープひずみの増加

H40 では載荷開始材齢にかかわらずおおむね同程度であっ量自体が小さく，載荷時の圧縮強度が同程度であれば，混たが，H35B430，H35B650，H35F20 では載荷開始材齢が和材の使用の有無が単位応力あたりのクリープひずみに与遅くなるほど小さく，載荷開始材齢の影響が明確に現れた。載荷開始材齢を材齢 28 日までとした実験結果の範囲

える影響も小さくなると考えられる。
⑶

クリープ係数

内では，混和材を用いた供試体のクリープ係数は，早強ポ

材齢 490 日までの実験で得られたクリープ係数を図 - 7

ルトランドセメント単味の供試体よりも載荷開始材齢の影に示す。ここでは，載荷開始からの経過日数をなるべく長響を受けやすいと考えられる。一方，材齢 365 日に載荷を期とした場合のクリープ係数を比較するため，載荷開始材

開始した供試体のクリープ係数は，混和材の使用の有無に齢の違いにかかわらず全供試体の比較が可能な載荷開始かよる差が小さく，いずれの配合においても材齢 28 日まで

ら 120 日経過時と，材齢 3，7，28 日に載荷を開始した供に載荷を開始した供試体よりも大幅に小さくなった。

試体の比較が可能な載荷開始から 450 日経過時の 2 時点のなお，本稿では材齢 490 日までの実験結果を報告したが，クリープ係数を示す。クリープ係数の計算には式 ⑵ を用

その後もクリープ試験を継続しているため，今後も実験デいた。

ータを蓄積して長期材齢のクリープ特性について検討する予定である。
3.2

では横軸の基点を水中養生を終えた材齢 7 日とした。収縮1.0

ひずみ（LCD）は自己収縮と乾燥収縮の両方に起因する全ひずみであり，早強ポルトランドセメント単味の H40 よ0.5

りも混和材を用いた H35B430，H35B650，H35F20 で小さ0.0くなった。今回の実験では全配合で単位水量と単位粗骨材

H40
H35B430
H35B650
H35F20H40
H35B430
H35B650
H35F20H40
H35B430
H35B650
H35F20H40
H35B430
H35B650
H35F20
材齢 3 日載荷開始

材齢 7 日載荷開始

材齢 28 日載荷開始

量を同一としたが，混和材の使用により全ひずみは減少する傾向にあったことが分かる。

材齢 365 日
載荷開始

100←収縮 ひずみ（ 10‑6）膨張→⒜ 載荷開始から 120 日経過時
2.0
1.5
1.0

N/A
N/A

N/A
N/A

0.5
N/A

クリープ係数乾燥収縮ひずみと自己収縮ひずみの推移

収縮ひずみ（LCD）の測定結果を図 - 8 に示す。同図

1.5

N/A

クリープ係数

2.0

H40
H35B430
H35B650
H35F20H40
H35B430
H35B650
H35F20H40
H35B430
H35B650
H35F20H40
H35B430
H35B650
H35F200.0

材齢 3 日載荷開始

材齢 7 日載荷開始

材齢 28 日載荷開始

H40
H35B430
H35B650
H35F20

‑100
‑200
‑300
‑400
‑500
‑600
‑700
‑800
0

50

100

150

200

250

材齢 7 日からの経過日数（days）

材齢 365 日
載荷開始

図- 8

⒝ 載荷開始から 450 日経過時

図- 7収縮ひずみ（LCD）

0

クリープ係数収縮ひずみ（LCD）

次に，自己収縮ひずみ（LCS）の測定結果を図 - 9 に示す。また，収縮ひずみ（LCD）（図 - 8）と自己収縮ひず

εcc（t－t0）
φ＝――――― Ec
σcみ（LCS）（図 - 9）の差であるひずみ差（LCD-LCS）を⑵

図 - 10 に示す。ここでも横軸の基点は水中養生を終えた
材齢 7 日とした。前述したように，本稿では，自己収縮ひここで，φ：クリープ係数，E c：材齢 28 日まで水中養生した円柱供試体の静弾性係数（図 - 4 ⒝）である。

ずみ（LCS）を自己収縮起因分，ひずみ差（LCD-LCS）

配合間のクリープ係数の大小を比較すると，載荷開始材

を乾燥収縮起因分のひずみと定義した。自己収縮ひずみ

齢 に か か わ ら ず， 混 和 材 を 用 い た H35B430，H35B650，（LCS）は，早強ポルトランドセメント単味の H40 との比H35F20 のクリープ係数は，早強ポルトランドセメント単較では，高炉スラグ微粉末を用いた H35B430 と H35B650

味の H40 と同程度かこれよりも小さくなった。この傾向は，で大きく，フライアッシュを用いた H35F20 で同程度とな載荷開始から 120 日経過時と 450 日経過時の両時点のクリった。一方，乾燥収縮起因分のひずみであるひずみ差

58

プレストレストコンクリート

研究報告
90

自己収縮ひずみ（LCS）

‑100
‑200
‑300
‑400
H40
H35B430
H35B650
H35F20

‑500
‑600
‑700

70
60
50
40
30
20
10

‑800

0
0

0

50
100
150
200
250
材齢 7 日からの経過日数（days）

図- 9←収縮 ひずみ（ 10‑6）膨張→H40
H35B430
H35B650
H35F2080

0コンクリート温度（℃）←収縮 ひずみ（ 10‑6）膨張→100

図 - 11

‑300

5

6

7

マスブロック供試体の中心部の温度

試体と小型供試体に用いたコンクリートの体積が異なるため厳密な比較は困難だが，簡易断熱の有無によって両供試体の温度履歴は大幅に異なった。

‑400

次に，マスブロック供試体と小型供試体の自己収縮ひず‑500

みの測定結果を図 - 12 に示す。各供試体の打込み後の温‑600

度履歴が大幅に異なったため，ここでは横軸を式 ⑶ で計‑700算した有効材齢とした。また，自己収縮ひずみの増加がと

‑800
0

50

100

150

200

くに若材齢で顕著であったため，同図では有効材齢で 7 日

250までの結果を示した。

材齢 7 日からの経過日数（days）

ひずみ差（LCD-LCS）←収縮 ひずみ（ 10‑6）膨張→図 - 10（LCD-LCS）は，H40 よりも H35B430，H35B650，H35F20で小さく，とくに H35B430 と H35B650 で大幅に小さくなった。これらのことを踏まえると，混和材の使用は乾燥収縮に起因するひずみの減少に寄与し，この傾向は高炉スラ
グ微粉末を用いた供試体でとくに明確に現れたが，逆に高炉スラグ微粉末を用いた供試体では自己収縮に起因するひずみが増加したことが分かる。混和材の使用により全ひず

100

マスブロック供試体

0

H40
H35B430
H35B650
H35F20

‑100
‑200
‑300
‑400

みは減少する傾向にあったが，これに占める自己収縮ある
いは乾燥収縮に起因するひずみの構成は用いる混和材の種

01

類によって大幅に異なると考えられる。
3.3

4

その後はおおむね 20 ℃前後で推移した。マスブロック供H40
H35B430
H35B650
H35F20‑200

3

体の中心部のコンクリート温度は 25 ℃程度まで増加し，ひずみ差（LCD‑LCS）

0
‑100

2

始発からの材齢（days）

自己収縮ひずみ（LCS）

100

1

2
3
4
5
6
始発からの有効材齢（days）⒜ マスブロック供試体

温度履歴が自己収縮ひずみに与える影響

100←収縮 ひずみ（ 10‑6）膨張→

マスブロック供試体の中心部で測定したコンクリート温度を図 - 11 に示す。同図では横軸の基点を凝結試験で得られた始発時間とした。温度上昇曲線は，配合の違いにかかわらず，おおむね同一形状となり，供試体中心部のコン
クリート温度は約 80 ℃まで上昇した後に低下した。今回の実験では，材齢 3 日の圧縮強度を 30 N/mm2 以上とする
ために，W/B を早強ポルトランドセメント単味の H40 で40 ％，混和材を用いた H35B430，H35B650，H35F20 で 35％とした。一般に混和材の使用は水和発熱の低減に寄与すの材齢の圧縮強度を確保するために混和材を用いた配合で

小型供試体

0
‑100
‑200
H40
H35B430
H35B650
H35F20‑300‑400

ることが知られているが，今回の実験のように比較的初期

0

1

2
3
5
6
4
始発からの有効材齢（days）⒝ 小型供試体

W/B を低下させた場合には，混和材の使用による水和発熱
図 - 12の低減効果は必ずしも明確ではなかった。一方，小型供試

Vol.56, No.3, May 2014759

自己収縮ひずみ

7

研究報告
n

Σ

te＝

Δti･exp

i＝1

［

］

4 000
13.65－ ――――――――
273＋T（Δt i）/T0とは傾向が異なった。混和材を用いた供試体の乾燥収縮⑶

ひずみは減少したが，高炉スラグ微粉末を用いた供試体の自己収縮ひずみは増加した。

ここで，te：有効材齢，Δti：ある一定のコンクリート温

4 ）自己収縮ひずみは打込み後の温度履歴の影響が大き

度が継続する期間，T（Δt i）：Δt i の間継続するコンクリー

く，簡易断熱状態とした供試体では自己収縮ひずみの収ト温度，To：1 ℃である。

束値とその進行速度が大幅に大きくなった。この傾向は
高炉スラグ微粉末を用いた供試体で特に顕著であった。

自己収縮ひずみは，早強ポルトランドセメント単味のH40 との比較では，高炉スラグ微粉末を用いた H35B430

なお，本共同研究では，本稿で報告したクリープ・収縮と H35B650 で大きく，フライアッシュを用いた H35F20

特性に関する検討だけでなく，暴露試験と促進試験によるで小さくなった。この傾向は両供試体で共通した。しかし耐久性の評価，湿潤養生日数の設定方法，温度履歴が強度ながら，有効材齢 7 日までの両供試体の自己収縮ひずみを発現に与える影響，二酸化炭素排出削減効果の評価方法な比較すると，マスブロック供試体では自己収縮ひずみの収どの検討も併せて実施している。得られた知見をとりまと束値と進行速度が大きく，この傾向がとくに高炉スラグ微めて，混和材を用いたプレストレストコンクリート構造物

粉末を用いた供試体で顕著であったことが分かる。すなわの設計・施工方法の提案を行う予定である。

ち，式 ⑶ で計算した有効材齢を用いた比較においても自謝己収縮ひずみの進行はコンクリートの受ける温度履歴によ辞って傾向が異なり，雰囲気温度を 20 ℃一定とした実験結果のみからでは高温時の任意材齢における自己収縮ひずみ

本稿は，（独）土木研究所，（一社）プレストレスト・コンの推定が困難となる可能性が高い。マスコンクリートの初

クリート建設業協会，国内 7 機関による共同研究「低炭素期ひび割れ発生リスクを評価する際には，使用するコンク型セメント結合材の利用技術に関する研究」で得られた実リートの自己収縮ひずみの特性を適切に考慮することが重験結果の一部に考察を加えたものである。鐵鋼スラグ協会

要と考えられる。

から高炉スラグ微粉末，電源開発 ㈱ からフライアッシュの提供を得た。また，（一社）プレストレスト・コンクリー

なお，実際のコンクリート構造物において初期ひび割れの発生リスクを適切に評価するためには，こうした高温条ト建設業協会の鈴木

件下の自己収縮ひずみの特性に加えて，各混和材を使用しパン ㈱ の土谷聡氏に実験の作業協力，BASF ジャ

た場合の断熱温度上昇量や強度発現，若材齢クリープによ記して謝意を表する。

正氏に化学混和剤に関する助言を得た。

る応力緩和の影響などを適切に考慮することが必要と思わ参考文献れる。この点については今後検討を行う予定である。

1 ）日本コンクリート工学会：混和材積極利用によるコンクリート

4．お わ り に性能への影響評価と施工に関する研究委員会，p.184，2013.
2 ）Eisuke Nakamura, Satoshi Suzuki, Kazumasa Morihama, Hiroshi

本稿では，早強ポルトランドセメントの一部を高炉スラ

Watanabe:Collaborative Research Project on Effective Use of Low-

グ微粉末あるいはフライアッシュで置換したコンクリート

Carbon Cements, ICCS13, First International Conference on Concreteのクリープ・収縮特性を明らかにするために行った実験結Sustainability, pp.453-458, 2013.

果について報告した。本稿の範囲内で得られた知見を以下

3 ）鶴田浩章，松下博通，吉冨泰一，前田悦孝：PC 桁に適用した高炉スラグ微粉末混和コンクリートの収縮・クリープ性状，コンにまとめる。

クリート工学年次論文集，Vol.22，No.3，pp.793-798，2000.

1 ）混和材を用いた供試体のクリープ係数は，載荷開始材4 ）俵

齢の違いにかかわらず，早強ポルトランドセメント単味道和，呉承寧，石川嘉崇，滝上邦彦：プレストレストコ

ンクリートへのフライアッシュの適用性に関する基礎試験，コの供試体と同程度か小さくなる傾向にあった。

ンクリート工学年次論文集，Vol.33，No.1，pp.197-202，2011.

2 ）単位応力あたりのクリープひずみとクリープ係数の両

5 ）中村英佑，鈴木聡，鈴木雅博，渡辺博志：混和材を用いたコンクリートの収縮とクリープに関する実験的研究，第 22 回プレ方において，載荷開始材齢を 3，7，28 日とした供試体

ストレストコンクリートの発展に関するシンポジウム論文集，

では混和材の使用の有無による差が明確に現れたが，載pp.503-508，2013.

荷開始材齢を 365 日とした供試体では混和材の使用の有6 ）日本コンクリート工学協会：マスコンクリートのひび割れ制御

無による差は小さくなった。

指針 2008，pp.93-114，2008.

3 ）混和材を用いた供試体の乾燥収縮ひずみと自己収縮ひ7 ）日本コンクリート工学協会：超流動コンクリート研究委員会報
告書（Ⅱ），pp.209-210，1994.

ずみの挙動は，早強ポルトランドセメント単味の供試体【2014 年 2 月 27 日受付】

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プレストレストコンクリート